眾所周知,變頻器已經(jīng)廣泛應(yīng)用各行各業(yè)。但變頻控制系統(tǒng)如何設(shè)計(jì),變頻控制柜設(shè)計(jì)與制造對(duì)實(shí)際應(yīng)用具體要求,是許多電氣工程師及制造商,客戶想明確了解的。本章從實(shí)際設(shè)計(jì)及應(yīng)用案例中,總結(jié)設(shè)計(jì)要點(diǎn),寫出拙見(jiàn),供同行參考。
根據(jù)實(shí)際及客戶要求進(jìn)行設(shè)計(jì)
在變頻控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)前,一定要了解系統(tǒng)配制,工作方式,環(huán)境,控制方式,客戶具體要求。
具體系統(tǒng)分新設(shè)計(jì)系統(tǒng)還是就設(shè)備改造系統(tǒng)。
對(duì)舊設(shè)備改造,電氣工程師應(yīng)該確切知道如下技術(shù)參數(shù)及要求: 1.電機(jī)具體參數(shù),2. 出廠日期,3. 廠商(國(guó)產(chǎn), 進(jìn)口) 4. 電機(jī)的額定電壓,5. 額定電流,6.相數(shù)。 7. 電機(jī)的負(fù)載特性類型,8. 工作制式。 9. 電機(jī)起動(dòng)方式。 10. 工作環(huán)境。如現(xiàn)場(chǎng)的溫度,11. 防護(hù)等級(jí),12. 電磁輻射等級(jí),13.防爆等級(jí)。 14. 配電具體參數(shù)。 15. 變頻柜安裝位置到電機(jī)位置實(shí)際距離。(變頻柜到電機(jī)距離是非常重要的參數(shù)) 16. 變頻柜拖動(dòng)電機(jī)的數(shù)量及方式。 17. 變頻柜與舊的電氣系統(tǒng)的切換關(guān)系。一般為Δ-Y啟動(dòng)與變頻工作互為備用, 切換保護(hù)。 18.變頻柜的外圍傳感變送器的選用參數(shù)及采樣地點(diǎn)。 19.變頻控制柜的控制方式,如手動(dòng)/自動(dòng),本地/遠(yuǎn)程,控制信號(hào)的量程,是否通訊組網(wǎng)。20.強(qiáng)電回路與弱電回路的隔離。采集及控制信號(hào)的隔離。 21.工作場(chǎng)合的供電質(zhì)量,如防雷,浪涌,電磁輻射。
對(duì)新變頻系統(tǒng),電氣工程師應(yīng)該與機(jī)械工程師對(duì)傳動(dòng)機(jī)械負(fù)載特性,深入了解,才能確電機(jī)類型,容量。根據(jù)電機(jī)機(jī)械負(fù)載特性,容量,選用變頻器的類型,容量。
目前,機(jī)械負(fù)載與電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性有許多種類,常用有三種。
1. 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。如傳送帶,升降機(jī)等。 用公式表式為 P="T"*N/975 P-電機(jī)的功率 T-電機(jī)轉(zhuǎn)矩 N-電機(jī)轉(zhuǎn)速 。對(duì)恒轉(zhuǎn)矩,系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)注意: (1) 電機(jī)應(yīng)選變頻器專用電機(jī)(2) 變頻柜應(yīng)加裝專用冷卻風(fēng)扇 (3) 增大電機(jī)容量,(4) 降低負(fù)載特性 (5) 增大變頻器的容量 (6) 變頻器的容量與電機(jī)的容量關(guān)系應(yīng)根據(jù)品牌,(7) 一般為1.1~1.5電機(jī)的容量。
2. 平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載。如風(fēng)機(jī), 水泵類 。用公式表式為 T="K1"*N2 ,P=K2*N3 P-電機(jī)的功率 T-電機(jī)轉(zhuǎn)矩 N-電機(jī)轉(zhuǎn)速 。一般,風(fēng)機(jī),水泵,采用變頻節(jié)能,理論與實(shí)際證明節(jié)能為40~50%左右,此類應(yīng)用占變頻器應(yīng)用30~40%左右。
對(duì)平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載,系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)注意: (1) 電機(jī)通常選異步交流電機(jī)。(2)根據(jù)環(huán)境需要, 選電機(jī)防護(hù)等級(jí)和方式。 (3) 大于7.5KW變頻柜,應(yīng)加裝通風(fēng)散熱設(shè)施 。(4) 電機(jī), 變頻器容量關(guān)系。
關(guān)系系數(shù) 國(guó)外變頻器容量 國(guó)產(chǎn)變頻器容量
國(guó)外電機(jī) 相等相當(dāng)電機(jī)容量 1.3-1.5電機(jī)容量
國(guó)產(chǎn)電機(jī) 1.2電機(jī)容量 1.5-2電機(jī)容量
3. 恒功率負(fù)載。如卷?yè)P(yáng)機(jī), 機(jī)床主軸。 公式:P=T*N/975=CONT。
一般達(dá)到特定速度段時(shí),按恒轉(zhuǎn)矩,超過(guò)特定速度時(shí),按恒功率運(yùn)轉(zhuǎn)。 恒功率機(jī)械特性較復(fù)雜。
對(duì)于每個(gè)變頻控制柜,設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)重點(diǎn),最能體現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對(duì)于變頻控制柜,
電氣設(shè)計(jì)工程師應(yīng)在如下設(shè)計(jì)方面入手。
1. 變頻控制系統(tǒng)的原理圖設(shè)計(jì) 2. 電路主路設(shè)計(jì)。 3. 電路控制路設(shè)計(jì)。包括常規(guī)控制電路,4. PLC控制接口電路,5. 變頻器聯(lián)網(wǎng)等。 6. 變頻控制柜的工藝設(shè)計(jì)。包括電氣工藝設(shè)計(jì),7. 柜體板金工藝設(shè)計(jì)。
一.原理圖設(shè)計(jì) 根據(jù)以上所述的原理規(guī)則,參照變頻控制柜的原理圖,根據(jù)實(shí)際需要,畫出原理圖。
二.電路主路設(shè)計(jì)。按如下順序選擇主回路電器件。
(1) 確定機(jī)械負(fù)載特性,(2) 功率,(3) 扭矩,(4) 轉(zhuǎn)速
(5) 確定電機(jī)特性,(6) 額定電壓,(7) 額定功率,(8) 額定電流,(9)
(10) 根據(jù)以上條件,(11) 和實(shí)際客戶的需要,(12) 對(duì)下列電器元件取舍(13) TR-變壓器為可選項(xiàng),根據(jù)電壓等級(jí)標(biāo)準(zhǔn),選配。 FU-熔斷絲,一般要,選擇為2.5-4倍額定變頻器電流。注意熔斷絲選速熔類。 QA-空開,一般要,選擇為1.2倍額定變頻器電流 KM-接觸器,必須要,選擇為額定變頻器電流 LY-防雷浪涌器,最好要,特別雷暴多發(fā)區(qū),以及交流電源尖峰浪涌多發(fā)場(chǎng)合,保護(hù)變頻系統(tǒng)免遭意外破壞。一般配40KVA浪涌器。 DK-電抗器 電抗器的作用是抑制變頻器輸入輸出電流重高次諧波成份帶來(lái)的不良影響,而濾波器的作用是抑制由變頻器帶來(lái)的無(wú)線電電波干擾,即電波噪聲。 有的變頻器內(nèi)置電抗器,有的場(chǎng)合也可不裝電抗器。一般,多大功率變頻器配多大電抗器,變頻器廠商提供參數(shù)。選擇電抗器的參數(shù),可由下面公式計(jì)算
L=(2%~5%)V/6.18*F*I
V-額定電壓 V
I-額定電流 A
F-最大頻率 HZ
LBI/ LBO 輸入輸出濾波器,一般應(yīng)根據(jù)頻率進(jìn)行配置
R-制動(dòng)電阻 計(jì)算較復(fù)雜,應(yīng)在變頻器柜制造商指導(dǎo)下配置。
三.電路控制回路設(shè)計(jì),按電氣工程師知識(shí)及變頻器要求設(shè)計(jì)。但應(yīng)注意
(1) 輸入/輸出的弱電信號(hào),(2) 與PLC,(3) 儀表,(4) 傳感變送器,(5) 一定采取信號(hào)隔離,(6) 否則,(7) 控制系統(tǒng)信號(hào)混亂,(8)系統(tǒng)不(9) 正常。
(10) 與PLC,(11) 常規(guī)控制系統(tǒng)接口,(12) 一定加裝浪涌吸收器。
(13) 控制電源應(yīng)采用隔離變壓器,(14) 進(jìn)行電氣隔離。
四.變頻控制柜的工藝設(shè)計(jì)。
(1) 電氣工藝設(shè)計(jì)
電氣工程師變頻電路設(shè)計(jì)出來(lái),下一步就是電氣工藝設(shè)計(jì),包括:
1. 多大功率變頻器,2. 配什么類型電纜,3. 多大的線徑,4. 配多遠(yuǎn)。一般可以查表格或計(jì)算。
5. 接地配線。
6. 抗干擾布線。是非常重要的。一般強(qiáng)電電纜用帶屏蔽電纜,7. 電纜及屏蔽層用金屬卡固定安裝底板上,8. 也有的加裝屏蔽金屬環(huán),9. 抗干擾。
10. 進(jìn)出線的電纜管接頭配置。
五.柜體板金工藝設(shè)計(jì)
應(yīng)根據(jù)以下原則設(shè)計(jì)
1. 變頻器的環(huán)境
溫度:變頻器環(huán)境溫度為-10度-50度,一定要考慮通風(fēng)散熱。
濕度:
震動(dòng):
氣體:有無(wú)暴炸,腐蝕性氣體
2. 柜體承載重量。
3. 運(yùn)輸方便性。加裝吊裝掛鉤,4. 搬運(yùn)安全。
5. 柜體的銘牌,6. 制造商的CI標(biāo)識(shí)。
結(jié)論:一個(gè)質(zhì)量較高的變頻控制柜,從設(shè)計(jì),工藝,制作制造,運(yùn)輸,包裝,是實(shí)際要求較高的產(chǎn)品,要求各個(gè)環(huán)節(jié)質(zhì)量保障,才能作出較高質(zhì)量和水平的控制柜。